Neďaleko Ženevského jazera prevádzkuje Európske laboratórium pre fyziku častíc (CERN) najväčší urýchľovač častíc na svete: Veľký hadrónový kolízor (LHC). Výskumníci využívajú zrýchlenie častíc napríklad na skúmanie základných fyzikálnych otázok a pokúšajú sa určiť zloženie tmavej hmoty. Už dokázali existenciu Higgsovho bozónu, „Božej častice“, ktorá dáva všetkým ostatným elementárnym časticiam svoju hmotnosť.
Super Veľké detektory
Urýchľovač častíc LHC je gigantický kruhový tunel, ktorý je približne 27 kilometrov dlhý a je vybavený štyrmi meracími bodmi vrátane dvoch univerzálnych detektorov: ATLAS a CMS. Pôsobivé valce, ktoré vážia rovnako ako Eiffelova veža, ležia v obrovských jaskyniach. Pre výskumníkov je to okno do tajomstiev vesmíru.
Detektor ATLAS bol vyvinutý s cieľom objavovať nové častice, ktoré vznikajú čelnými zrážkami protónov.Výskum prispieva k štúdiám o dodatočných rozmeroch, zjednotení síl a tmavej hmote.
Detektor CMS bol vyvinutý na štúdium častíc vznikajúcich pri zrážkach protónov s protónmi a ťažkých iónov. Výskumníci chcú nájsť odpovede na základné otázky, ako napríklad: "Prečo je svet taký, aký je?", „Prečo sú niektoré častice ťažšie ako iné?“ a „Čo tvorí tmavú hmotu vo vesmíre?“
Pri skúmaní skrytých tajomstiev využívajú ATLAS a CMS presné merania na zaznamenávanie dráhy, momentu a energie uvoľnených častíc bez chýb. Detektory sú pokryté kremíkovými senzorovými modulmi (každý s rozlohou viac ako sto metrov štvorcových), ktoré zaznamenávajú kolízie častíc, ktoré generujú viac ako miliardu interakcií za sekundu.
Obrázok vľavo: Detektory ATLAS a CMS v laboratóriu CERN vo Švajčiarsku používajú presné merania na zaznamenávanie dráhy, momentu a energie uvoľnených častíc. Detektor CMS skúma častice produkované pri kolíziách protónov s protónmi a ťažkými iónmi. Zdroj obrázka: CERN
Obrázok vľavo: Detektor ATLAS sa používa na zisťovanie častíc v dôsledku čelných kolízií s protónmi. Výskum prispieva k štúdiám o dodatočných rozmeroch, zjednotení síl a tmavej hmote. Zdroj obrázka: CERN
Udržiavanie chladu
Aby boli merania presné a aby sa silikónové senzory nepoškodili vysokou dávkou žiarenia, sú potrebné teploty až do -55 °C. Elektronika a snímače tiež vytvárajú veľa tepla, ktoré sa musí odvádzať.
Počas plánovaného dlhého odstavenia v rokoch 2026 až 2029 prejde urýchľovač LHC a jeho experimenty dôležitou modernizáciou. Jednou časťou je kompletná výmena detektorov sledovania kremíka.
"Spoločnosti ATLAS a CMS budú používať dvojfázový chladiaci systém CO2 pre všetky svoje kremíkové trackery a koncové detektory kalorimetrov. Systém umožňuje vysoký prenos tepla pri nízkej viskozite a teplotnom rozsahu, ktorý je dobre vhodný na prevádzku detektora," hovorí inžinier chladenia a koordinátor chladenia CMS Jérôme Daguin z CERN.
Chladiaci systém bude založený na paralelných modulárnych jednotkách, ktoré cirkulujú CO2 cez špeciálne výparníky. Každý chladiaci modul bude vybavený špeciálnym membránovým čerpadlom na cirkuláciu kvapalného CO2.
Na presné a bezpečné zavedenie chladiaceho média CERN opäť spolupracuje s odborníkmi na čerpadlá z LEWA, značky v rámci skupiny Atlas Copco Group. Membránové dávkovacie čerpadlá LEWA rôznych veľkostí sa použijú na presné a konštantné privádzanie použitého kvapalného CO2 do chladiaceho okruhu.
Posúvanie hraníc
Membránové dávkovacie čerpadlá boli testované špeciálne podľa požiadaviek CERN. Ani CERN, ani LEWA nechceli nič ponechať náhode, pokiaľ ide o zabezpečenie bezchybnej prepravy sofistikovaného chladiaceho média zo servisných jaskýň do detektorov. Pre prispôsobenú verziu na diaľku bolo vyrobených niekoľko prototypov, ktoré fungovali ako testovacie lavice v reálnych podmienkach. Najskôr sa testovali vodou, potom sa čistili etanolom a potom sa testovali v nepretržitej prevádzke s CO2.
"Bolo dôležité implementovať robustné, odolné riešenie. Zoznam požiadaviek bol pomerne ambiciózny a vyžadoval si veľmi špeciálne úpravy," vysvetľuje Wieland Wolff, oblastný manažér predaja spoločnosti LEWA.
Napríklad existujúce tesnenia základnej verzie boli najprv overené a potom nahradené vhodnejšími verziami. Aby sa zabránilo neúmyselnému spusteniu výstražných alarmov CO2 po inštalácii na mieste, hermeticky utesnené jednotky boli na kritických miestach tiež potiahnuté fluoropolymérom PTFE. Okrem toho boli hnacia jednotka a hnacia hlava upravené tak, aby poskytovali vhodné meracie body pre nástroje CERN.
Ďalej nesmie teplota v prívode na hnacej jednotke klesnúť pod -20 °C. Na tento účel pridali inžinieri LEWA piestové vedenie, v ktorom sa môže hydraulický olej zohriať, čím sa zabráni tomu, aby sa -55 °C CO2 dostalo do hnacej jednotky.
Proces urýchľovača častíc LHC sa spolieha na nízke teploty, ktoré umožňujú membránové dávkovacie čerpadlá od spoločnosti LEWA, značky v rámci skupiny Atlas Copco Group.
Vzájomné výhody
Rozsiahla prípravná práca sa vyplatili a spoločnosť LEWA teraz začala dodávať prvú dávku celkovo 18 čerpadiel ecoflow LDG.
Čerpadlá sú nainštalované mimo detektorov v servisných jaskyniach, mimo oblasti žiarenia a magnetického poľa, ktoré sa nachádzajú v experimentálnych jaskyniach. To umožňuje ich ovládanie z riadiacej miestnosti prostredníctvom elektrického nastavenia zdvihu a frekvenčného meniča, čím sa eliminuje potreba prítomnosti zamestnancov na mieste.
Po dokončensúčasného odstávkového cyklu budú nainštalované čerpadlá chladiť elektroniku a silikónové snímače prostredníctvom komplexnej siete prenosových vedení, distribučných kolektorov a malých chladiacich potrubí.
Ďalšie informácie nájdete na: www.lewa.com a www.atlas.cern
